JP5357921B2 - 発光ダイオード - Google Patents

Description

本願発明は、発光チップが透明の封止部材で封止されてなる発光ダイオードに関するものであり、特にその封止部材の構成に関するものである。

近年、車両用灯具等の光源として、発光ダイオードが採用されることが多くなってきている。

この発光ダイオードは、例えば「特許文献１」に記載されているように、所定の光軸上に配置された発光チップと、この発光チップを光軸方向前方側から封止する透明の封止部材とを備えた構成となっており、その封止部材の前面は略球面状の表面形状を有している。

また「特許文献２」には、封止部材の背面を反射面として構成することにより、発光チップからの光の利用効率を高めるようにした発光ダイオードが記載されている。

特開２００１−２８３６１６号公報 特開２００２−９４１２９号公報

上記従来の発光ダイオードは、その輝度分布として、光軸からの開き角度が大きくなるに従って輝度が急激に低下する特性を有しているので、その出射光により正面方向は明るく照射することができるが、斜め方向は明るく照射することができない、という問題がある。

特に、この発光ダイオードを車両用灯具の光源として用いた場合には、次のような問題がある。

すなわち、多くの車両用灯具は、光源からの光をその前方に配置されたレンズにより制御して、なだらかな光度分布を有する配光パターンを形成するようになっているが、その光源として発光ダイオードを用いた場合には、たとえレンズで制御しても、発光ダイオードの急峻な輝度分布を十分に緩和することはできず、このため灯具正面方向だけが非常に明るく照射されてしまう状態（いわゆる点光りの状態）を解消することができない、という問題がある。

さらに、多くの車両用灯具においては、その発光面積を確保するため、レンズのサイズをできるたけ大きくすることが要請されるが、このようにした場合、発光ダイオードからの光は、レンズ周辺部に対してはかなり大きな入射角で入射することとなり、レンズ効率が低下してしまうので、この点も考慮すると、レンズ周辺部からの出射光はレンズ中央部からの出射光に比してかなり暗くなってしまう、という問題がある。

本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光軸からの開き角度が大きくなるに従って輝度が急激に低下してしまうという従来の発光ダイオードの輝度分布を改善することができる発光ダイオードを提供することを目的とするものである。

本願発明は、封止部材の表面形状に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。

すなわち、本願発明に係る発光ダイオードは、
所定の光軸上に配置された発光チップと、この発光チップを上記光軸方向前方側から封止する透明の封止部材と、を備えてなる発光ダイオードにおいて、
上記封止部材の前面に曲面部が形成されており、
この曲面部の、上記光軸を含む第１の平面に沿った断面形状が、上記光軸近傍に凹曲線が配置されるとともに該凹曲線の両側に凸曲線が配置されてなる波形曲線で構成されており、該曲面部から出射する光の輝度分布が、上記第１の平面内において、上記光軸に沿った方向から該光軸に対して所定の開き角度をなす方向まで徐々に輝度が増大する輝度分布となり、
上記光軸を含み上記第１の平面と直交する第２の平面に沿った上記曲面部の断面形状が、上記光軸近傍に凹曲線が配置されるとともに該凹曲線の両側に凸曲線が配置されてなる波形曲線で構成されている、ことを特徴とするものである。

上記「封止部材の前面」は、上記「曲面部」のみによって構成されていてもよいし、上記「曲面部」と他の部分とで構成されていてもよい。

上記「曲面部」の外形形状については、特に限定されるものではない。

上記「第１の平面」は、光軸を含む平面であれば、特定の位置の平面に限定されるものではない。

上記第１の平面の断面形状を構成する「凹曲線」および上記第２の平面の断面形状を構成する「凹曲線」は、光軸を含む部分に配置されていれば、その具体的な形成範囲は特に限定されるものではなく、また、この「凹曲線」の具体的な形状や曲率についても特に限定されるものではない。

上記第１の平面の断面形状を構成する各「凸曲線」および上記第２の平面の断面形状を構成する各「凸曲線」は、上記「凹曲線」の両側に配置されていれば、その具体的な形成範囲は特に限定されるものではなく、また、これら各「凸曲線」の具体的な形状や曲率についても特に限定されるものではない。さらに、これら各「凸曲線」は、上記「凹曲線」と滑らかに繋がる曲線であってよいし滑らかに繋がらない曲線であってもよく、また、これら各「凸曲線」は、互いに同一形状で形成されていてもよいし形成されていなくてもよい。

上記構成に示すように、本願発明に係る発光ダイオードは、所定の光軸上に配置された発光チップと、これを光軸方向前方側から封止する透明の封止部材とを備えた構成となっているが、その封止部材の前面には曲面部が形成されており、この曲面部の、光軸を含む第１の平面に沿った断面形状が、光軸近傍に凹曲線が配置されるとともにその両側に凸曲線が配置されてなる波形曲線で構成されているので、次のような作用効果を得ることができる。

すなわち、第１の平面内において、発光チップからの出射光のうち、光軸に対する開き角度が小さい方向に向かう光は、封止部材の曲面部における凹曲線の部分に到達するので、その光拡散作用により光軸から離れる方向へ拡散する光として前方へ出射する。また、第１の平面内において、発光チップからの出射光のうち、光軸に対する開き角度が大きい方向に向かう光は、封止部材の曲面部における凸曲線の部分に到達するので、その光収束作用により光軸に対して所定の開き角度をなす方向寄りに偏向する光として前方へ出射する。このため、封止部材の曲面部から出射する光の輝度分布を、第１の平面内において、光軸に沿った方向から光軸に対して所定の開き角度をなす方向まで、徐々に輝度が増大する輝度分布あるいは略均一な輝度分布とすることができる。

しかも本願発明においては、封止部材の曲面部の、光軸を含み第１の平面と直交する第２の平面に沿った断面形状が、光軸近傍に凹曲線が配置されるとともにその両側に凸曲線が配置されてなる波形曲線で構成されているので、封止部材の曲面部から出射する光の輝度分布を、第２の平面内においても、光軸に沿った方向から光軸に対して所定の開き角度をなす方向まで、徐々に輝度が増大する輝度分布あるいは略均一な輝度分布とすることができる。

したがって、本願発明に係る発光ダイオードを用いることにより、光軸からの開き角度が大きくなるに従って輝度が急激に低下してしまうという従来の発光ダイオードの輝度分布を改善することができる。

上記構成において、封止部材の曲面部を、上記波形曲線を光軸回りに回転させることにより形成される回転面で構成すれば、この曲面部から出射する光の輝度分布を、光軸に関して全周いずれの方向にも、光軸に沿った方向から光軸に対して所定の開き角度をなす方向まで、徐々に輝度が増大する輝度分布あるいは略均一な輝度分布とすることができる。そして、このように構成することにより、発光ダイオードの前方に大きなサイズのレンズが配置されるような場合においても、このレンズをその周辺部まで明るく光って見えるようにすることができる。

上記構成において、封止部材の前面における曲面部の外周側に、発光チップから該前面に到達した上記光軸に対して離れる方向へ向かう光を光軸寄りに偏向出射させる偏向出射部が形成された構成とすれば、発光チップからの光の利用効率を高めることができる。

この場合において、上記「偏向出射部」の具体的構成は特に限定されるものではない。

上記構成において、封止部材は単一の部材で構成されていてよいことはもちろんであるが、この封止部材を、発光チップを封止する封止部材本体と、この封止部材本体に対して光軸方向前方側から装着されたカバー部材とからなる構成とすれば、封止部材本体は標準品として設定した上で、カバー部材の形状を適宜変更することにより、封止部材の配光特性を変化させることができる。この場合において、カバー部材を封止部材本体に「装着」するための具体的構成は特に限定されるものではなく、例えば、係合連結、圧入、接着等による装着が採用可能である。

本願発明に係る発光ダイオードの用途は特に限定されるものではないが、この発光ダイオードを車両用灯具に組み込むようにすれば、点灯状態にある車両用灯具を他のドライバや歩行者等が観察したとき、灯具全体が略均一な明るさで光って見えるようにすることが容易に可能となる。

本願発明の第１実施形態に係る発光ダイオードを示す斜視図 上記発光ダイオードを示す正面図 図１のIII-III 線断面図 図１のIV-IV 線断面図 上記実施形態の発光ダイオードを支持基板に支持された状態で示す平断面図 上記実施形態において、光軸を含む水平面内における発光チップの輝度分布を示す図であって、同図（ａ）は発光チップからの出射光による輝度分布、同図（ｂ）は封止部材の曲面部から出射した光による輝度分布を示す図 上記実施形態に係る発光ダイオードが光源として組み込まれた車両用灯具を示す平断面図 上記車両用灯具を示す側断面図 上記実施形態のインナレンズを単品で示す斜視図 図７のXa-Xa 線断面図（ａ）およびXb-Xb 線断面図（ｂ） 上記実施形態の作用を示す、図１０（ｂ）と同様の図 本願発明の第２実施形態に係る発光ダイオードを示す斜視図 上記第２実施形態に係る発光ダイオードを示す正面図 図１２のXIV-XIV 線断面図 図１２のXV-XV 線断面図 本願発明の第３実施形態に係る発光ダイオードを示す正面図 本願発明の第４実施形態に係る発光ダイオードを示す、図３と同様の図

以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。

まず、本願発明の第１実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る発光ダイオード１０を示す斜視図であり、図２は、その正面図である。また、図３および４は、図２のIII-III 線断面図およびIV-IV 線断面図である。

これらの図に示すように、この発光ダイオード１０は、所定の光軸Ａｘ上に配置された発光チップ１２と、この発光チップ１２を光軸Ａｘ方向前方側（以下、単に「前方側」という）から封止する透明の封止部材１４と、発光チップ１２を支持するリードフレーム１６とからなっている。

発光チップ１２は、０．３〜１ｍｍ四方程度の大きさの発光面を有しており、その発光中心Ｏを光軸Ａｘ上に位置させた状態で該発光面を正面方向（すなわち光軸Ａｘ方向前方）へ向けるようにして配置されている。

封止部材１４は、エポキシ樹脂等の透明の樹脂材料で構成されており、正面視において正方形の外形形状を有するとともに、その一辺の長さの半分程度の奥行き寸法を有している。そして、この封止部材１４は、発光チップ１２を、リードフレーム１６の一部と共に、その後方側まで回り込むようにして封止している。

この封止部材１４の前面１４ａは、光軸Ａｘと直交する鉛直面に沿って形成された平面部１４ａＢと、この平面部１４ａＢから前方へ突出するように形成された、ふたこぶ状の曲面部１４ａＡとからなっている。

図３に示すように、曲面部１４ａＡの、光軸Ａｘを含む水平面に沿った断面形状は、光軸Ａｘ近傍に凹曲線Ｃ１が配置されるとともに該凹曲線Ｃ１の左右両側に凸曲線Ｃ２が配置されてなる波形曲線で構成されている。

この波形曲線は、光軸Ａｘに関して左右対称形状を有している。その際、凹曲線Ｃ１は、発光チップ１２の発光中心Ｏを基準とする中心角で１５〜２５°程度（例えば２０°程度）の角度範囲にわたって形成されており、各凸曲線Ｃ２は、上記中心角で６０〜７０°程度（例えば６５°程度）の角度範囲に形成されている。

凹曲線Ｃ１は比較的曲率の大きい円弧で構成されており、一方、各凸曲線Ｃ２は、曲率が徐変する曲線で構成されている。具体的には、これら各凸曲線Ｃ２は、凹曲線Ｃ１と滑らかに繋がるよう、その凹曲線Ｃ１との連結位置の曲率は該凹曲線Ｃ１と同じ曲率になっているが、光軸Ａｘからの左右方向の開き角度が大きくなるに従って徐々に曲率が小さくなっている。そして、これら各曲線Ｃ２は、その外側端縁の開き角度（すなわちα／２＋β）よりもやや小さい角度θとなる方向（図中１点鎖線で示す直線Ｌの方向）で曲率が最小となり、それ以上の開き角度では一定の曲率になっている。その際、開き角度θの値は、６５〜７５°程度（例えば７０°程度）の値に設定されている。

一方、図４に示すように、曲面部１４ａＡの、光軸Ａｘと平行な鉛直面に沿った断面形状は、凸曲線Ｃ３で構成されている。この凸曲線Ｃ３は、円弧で構成されており、その半径は、光軸Ａｘ上で最も小さく、光軸Ａｘから左右方向に離れるに従って徐々に大きくなり、その後また徐々に小さくなっている。この凸曲線Ｃ３を構成する円弧の中心位置は、発光チップ１２の発光中心Ｏのやや前方に位置している。

曲面部１４ａＡは、その水平断面形状および鉛直断面形状が上述したような曲線で構成されていることから、その外形形状は、正面視において長手方向中間部がくびれた横長の長円形で構成されている。

リードフレーム１６は、帯状の金属板を逆Ｕ字状に折り曲げるとともにその両端部を互いに離れる方向へ直角に折り曲げたような形状を有しており、その段上がり平面部において発光チップ１２を支持している。このリードフレーム１６における段上がり平面部の中央には、すり鉢状の凹部１６ａが形成されており、この凹部１６ａの底面中央に発光チップ１２が配置されている。その際、このリードフレーム１６は、その段上がり平面部において左右に分離しており、その一方に実装された発光チップ１２から延びるボンディングワイヤ（図示せず）が他方に接続されている。そして、このリードフレーム１６は、その段上がり平面部が発光チップ１２と共に封止部材１４により封止されているが、その左右１対の端子部１６ｂは封止部材１４から露出している。

図５に平断面で示すように、本実施形態に係る発光ダイオード１０は、そのリードフレーム１６の両端子部１６ｂにおいて支持基板３０に支持された状態で使用されるようになっている。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

図５に示すように、光軸Ａｘを含む水平面内において、発光チップ１２からの出射光のうち、光軸Ａｘからの左右方向の開き角度が小さい方向に向かう光は、曲面部１４ａＡにおける凹曲線Ｃ１の部分に到達するので、その光拡散作用により光軸Ａｘから離れる方向へ拡散する光として前方へ出射する。また、発光チップ１２からの出射光のうち、光軸Ａｘからの左右方向の開き角度が大きい方向に向かう光は、曲面部１４ａＡにおける凸曲線Ｃ２の部分に到達するので、その光収束作用により光軸Ａｘに対して開き角度θをなす直線Ｌの方向寄りに偏向する光として前方へ出射する。

図６は、光軸Ａｘを含む水平面内における発光チップ１２の輝度分布を示す図であって、同図（ａ）は、発光チップ１２からの出射光による輝度分布であり、同図（ｂ）は、その後、封止部材１４の曲面部１４ａＡから出射した光による輝度分布を示す図である。

同図（ａ）に示すように、発光チップ１２からの出射光による輝度分布は、その正面方向である光軸Ａｘ上で最も輝度が高く、光軸Ａｘからの開き角度が大きくなるに従って輝度が急激に低下する特性を有している。これは、発光チップ１２が、その発光面を正面方向へ向けるように配置されていることによるものである。

これに対し、同図（ｂ）に示すように、封止部材１４の曲面部１４ａＡからの出射光による輝度分布は、吊り橋形の特性を有している。すなわち、この輝度分布は、光軸Ａｘから左右方向に開き角度θをなす方向よりもやや小さい開き角度の方向において最も輝度が高く、これよりも開き角度が小さくなるに従って輝度が低下して光軸Ａｘ上で極小値となる一方、開き角度θをなす方向よりも大きい開き角度では輝度が急激に低下する特性を有している。これは、曲面部１４ａＡの、光軸Ａｘを含む水平面に沿った断面形状が、光軸Ａｘ近傍に凹曲線Ｃ１が配置されるとともに該凹曲線Ｃ１の左右両側に凸曲線Ｃ２が配置されてなる波形曲線で構成されていることによるものである。

このように本実施形態に係る発光ダイオード１０においては、光軸Ａｘからの開き角度が大きくなるに従って輝度が急激に低下してしまうという従来の発光ダイオードの輝度分布を改善することができる。

また、本実施形態に係る発光ダイオード１０は、その封止部材１４の曲面部１４ａＡの、光軸Ａｘと平行な鉛直面に沿った断面形状が、凸曲線Ｃ３で構成されているので、これら各鉛直面内における、封止部材１４の曲面部１４ａＡから出射した光による発光チップ１２の輝度分布は、発光チップ１２からの出射光による輝度分布を、光軸Ａｘからの上下方向の開き角度が小さい所定の角度範囲内に縮小したような輝度分布となる。

しかも、本実施形態に係る発光ダイオード１０は、その封止部材１４の曲面部１４ａＡの、光軸Ａｘを含む水平面に沿った断面形状を構成する凹曲線Ｃ１とその左右両側の凸曲線Ｃ２とが滑らかに繋がるように形成されているので、封止部材１４の曲面部１４ａＡからの出射光による輝度分布を、輝度が滑らかに変化するものとすることができる。

図７および８は、本実施形態に係る発光ダイオード１０が光源として組み込まれた車両用灯具５０を示す平断面図および側断面図である。

これらの図に示すように、この車両用灯具５０は、発光ダイオード１０を固定支持する支持基板３０を、その周縁部において固定する筒状のランプボディ３２と、このランプボディ３２の前端開口部３２ａに固定されたインナレンズ３４と、このインナレンズ３４をランプボディ３２の前端開口部３２ａに押し当てるようにして該ランプボディ３２に固定されたアウタレンズ３６とからなっている。

この車両用灯具５０は、灯具正面視において上下幅の狭い横長矩形状の外形形状を有している。具体的には、この車両用灯具５０の横幅は、その縦幅の４倍程度の値に設定されている。このため、支持基板３０、インナレンズ３４およびアウタレンズ３６は、上下幅の狭い横長矩形状に形成されており、ランプボディ３２は、その光軸Ａｘと直交する鉛直面に沿った断面形状が横長矩形の筒形状に設定されている。

インナレンズ３４は、図９に単品でも示すように、その後面３４ａが、左右方向に延びるシリンドリカル面で構成されている。このシリンドリカル面の、光軸Ａｘと平行な鉛直面に沿った断面形状を構成する凸曲線Ｃ４は、いずれも円弧で構成されており、その曲率は、光軸Ａｘから左右方向に離れるに従って徐々に小さくなるように設定されている。また、このシリンドリカル面の、水平面に沿った断面形状は、光軸Ａｘから左右方向に離れるに従って徐々に前方側へ変位するＶ字形状に設定されている。

また、このインナレンズ３４の前面３４ｂには、発光ダイオード１０から該インナレンズ３４に入射した光を、左右方向に関して光軸Ａｘ寄りに偏向出射させるための複数のプリズム状レンズ素子３４ｓが、鋸歯状の断面形状で縦縞状に形成されている。

なお、このインナレンズ３４の外周縁部には、その左右両側に１対のタブ３４ｃが形成されるとともに、その上下両端部に１対のタブ３４ｄが形成されている。そして、このインナレンズ３４のランプボディ３２への固定は、これら各タブ３４ｃ、３４ｄをランプボディ３２の前端開口部３２ａに位置決めした状態で行われるようになっている。

このインナレンズ３４は、発光ダイオード１０からの光を光軸Ａｘと平行な光として前方へ出射させるようになっているが、その詳細構造については後述する。

図７および８に示すように、アウタレンズ３６の内面には、複数の魚眼レンズ状の拡散レンズ素子３６ｓが形成されており、インナレンズ３４から平行光として該アウタレンズ３６に入射した光を、上下方向および左右方向に拡散させるようにして該アウタレンズ３６から前方へ出射させるようになっている。

図１０（ａ）は、図７のXa-Xa 線断面図であり、同図（ｂ）は、図７のXb-Xb 線断面図である。

図１０（ａ）に示すように、光軸Ａｘを含む鉛直面内においては、発光チップ１２から光軸Ａｘを中心にして角度γ１の範囲内の方向に出射した光が封止部材１４の曲面部１４ａＡから前方へ出射する。一方、同図（ｂ）に示すように、発光チップ１２の発光中心Ｏを通り光軸Ａｘに対して左右方向に傾斜した鉛直面内においては、発光チップ１２から光軸Ａｘを中心にして角度γ２の範囲内の方向に出射した光が封止部材１４の曲面部１４ａＡから前方へ出射する。その際、この曲面部１４ａＡは、ふたこぶ状に形成されており、正面視において長手方向中間部がくびれた横長長円形の外形形状を有しているので、角度γ１と角度γ２とを略同じ値に設定することができる。

また、同図（ｂ）に示す鉛直面内においては、封止部材１４の曲面部１４ａＡの鉛直断面形状を構成する凸曲線Ｃ５が、同図（ａ）に示す鉛直面内においてその曲面部１４ａＡの鉛直断面形状を構成する凸曲線Ｃ３に対して、これを単に拡大しただけでなく、前後方向へ多少引き伸ばしたような形状になっているので、発光チップ１２からの光に対する屈折力が大きくなっている。このため、同図（ｂ）に示す鉛直面内では、同図（ａ）に示す鉛直面内よりも、発光ダイオード１０からインナレンズ３４までの距離が長くなっているにもかかわらず、発光ダイオード１０から出射光を無駄なくインナレンズ３４に入射させることができる。

図１１（ａ）は、図１０（ｂ）と同様、図７のXb-Xb 線断面図であって、封止部材１４の曲面部１４ａＡの外形形状が、正面視において長手方向中間部がくびれた横長の長円形で構成されていることによる作用効果を説明するための図である。

同図（ａ）において２点鎖線で示すように、封止部材１４の曲面部１４ａＡが、仮に図１０（ａ）に示す鉛直面内での断面形状の上下幅のまま左右方向に延びる横長小判形の外形形状を有しているとすると、この２点鎖線で示す曲面部１４ａＡ´には、発光チップ１２から角度γ２´（γ２´＜γ２）の範囲内の方向に出射した光だけが到達することとなり、発光チップ１２からの出射光に対する光束利用率が低下してしまうこととなる。これに対し、本実施形態のように、封止部材１４の曲面部１４ａＡの外形形状を、長手方向中間部がくびれた横長の長円形とすることにより、発光チップ１２からの出射光に対する光束利用率を高めることができる。

図１１（ｂ）も、図１０（ｂ）と同様、図７のXb-Xb 線断面図であって、インナレンズ３４の後面３４ａを構成するシリンドリカル面の、光軸Ａｘと平行な鉛直面に沿った断面形状を構成する凸曲線Ｃ４の曲率が、光軸Ａｘから左右方向に離れるに従って徐々に小さくなるように設定されていることによる作用効果を説明するための図である。

同図（ｂ）において２点鎖線で示すように、仮に上記凸曲線Ｃ４の曲率が一定であるとすると、インナレンズ３４の後面３４ａ´の鉛直面に沿った断面形状は、凸曲線Ｃ４を前後方向に引き伸ばしたような凸曲線となるので、その分だけ曲率が大きくなる。このため、インナレンズ３４の後面３４ａ´は、屈折力が大きくなりすぎてしまい、インナレンズ３４からの出射光を、光軸Ａｘと平行にすることができなくなってしまう。これに対し、本実施形態のように、凸曲線Ｃ４の曲率を、光軸Ａｘから左右方向に離れるに従って徐々に小さくなるように設定すれば、インナレンズ３４への入射位置にかかわらず、該インナレンズ３４からの出射光を、光軸Ａｘと平行にすることができる。

以上のことから、車両用灯具５０を、その発光ダイオード１０を点灯させた状態で、かつ、そのアウタレンズ３６を外した状態で、灯具正面方向から観察したとき、インナレンズ３４は、そのレンズ全体が略均一な明るさで光って見えることとなる。したがって、これにアウタレンズ３６を装着した状態では、このアウタレンズ３６は、灯具正面方向から観察したときのみならず、灯具正面方向から上下方向あるいは左右方向に多少外れた斜め方向から観察したときにも、アウタレンズ３６全体が略均一な明るさで光って見えることとなる。

しかも、インナレンズ３４は、その後面３４ａを構成するシリンドリカル面の水平面に沿った断面形状が、光軸Ａｘから左右方向に離れるに従って徐々に前方側へ変位するＶ字形状に設定されているので、発光ダイオード１０からの光をインナレンズ３４の後面３４ａにおいて光軸Ａｘ寄りの方向に大きく屈折させることができる。そしてこれにより、インナレンズ３４からの出射光を光軸Ａｘと平行な光とするためにその前面３４ｂに形成された複数のプリズム状レンズ素子３４ｓの光出射効率を高めることができる。

なお、この車両用灯具５０においては、インナレンズ３４で発光ダイオード１０からの光を平行光とした上で、アウタレンズ３６でこの平行光を上下方向および左右方向に拡散させるように構成されているが、インナレンズ３４の前面にこのような拡散機能を持たせて、アウタレンズ３６を素通しレンズとして構成したり、あるいはアウタレンズ３６を廃止したりすることも可能である。

次に、本願発明の第２実施形態について説明する。

図１２は、本実施形態に係る発光ダイオード１１０を示す斜視図であり、図１３は、その正面図である。また、図１４および１５は、図１３のXIV-XIV 線断面図およびXV-XV 線断面図である。

これらの図に示すように、この発光ダイオード１１０は、その基本的構成は、上記第１実施形態に係る発光ダイオード１０と同様であるが、封止部材１１４の前面１１４ａの構成が上記第１実施形態の場合と異なっている。

すなわち、この封止部材１１４の前面１１４ａは、曲面部１１４ａＡと偏向出射部１１４ａＢとからなっている。

曲面部１１４ａＡの構成は、上記第１実施形態の封止部材１４における前面１４ａの曲面部１４ａＡと全く同様である。

偏向出射部１１４ａＢは、上記第１実施形態の封止部材１４における前面１４ａの平面部１４ａＢを、同心円状に区分けして鋸歯状断面で前方側へ階段状に突出させたような形状を有している。この偏向出射部１１４ａＢを構成する各円弧状階段部１２４は、内側斜面部１２４Ａと外側斜面部１２４Ｂとからなっている。内側斜面部１２４Ａは、光軸Ａｘに関して径方向外方へ向けて前方へ変位する円錐面で構成されており、外側斜面部１２４Ｂは、光軸Ａｘを中心とする円筒面を前方へ向けて僅かに径を狭めた円錐面で構成されている。そして、この偏向出射部１１４ａＢは、該偏向出射部１１４ａＢに到達した発光チップ１２からの光を、その外側斜面部１２４Ｂにおいて光軸Ａｘ寄りに偏向出射させるようになっている。

本実施形態の発光ダイオード１１０のような構成を採用することにより、上記第１実施形態に係る発光ダイオード１０と同様の作用効果を得ることができるようにした上で、発光チップ１２からの光の利用効率を高めることができる。

特に、本実施形態の発光ダイオード１１０は、その封止部材１１４における前面１１４ａの曲面部１１４ａＡが、正面視において長手方向中間部がくびれた横長長円形の外形形状を有しており、このため偏向出射部１１４ａＢへ向かう発光チップ１２からの出射光がかなり多くなるので、このような構成を採用することが極めて効果的である。

次に、本願発明の第３実施形態について説明する。

図１６は、本実施形態に係る発光ダイオード２１０を示す正面図である。

同図に示すように、この発光ダイオード２１０は、その基本的構成は、上記第１実施形態に係る発光ダイオード１０と同様であるが、封止部材２１４の前面２１４ａの構成が上記第１実施形態の場合と異なっている。

すなわち、この封止部材２１４の前面２１４ａは、曲面部２１４ａＡと偏向出射部２１４ａＢとからなっている。

曲面部２１４ａＡの構成は、上記第１実施形態の封止部材１４における前面１４ａの曲面部１４ａＡの、光軸Ａｘを含む水平面に沿った断面形状を構成する波形曲線を、光軸Ａｘ回りに回転させることにより形成される回転面で構成されている。

偏向出射部２１４ａＢは、上記第２実施形態の偏向出射部１１４ａＢを構成する複数の円弧状階段部１２４のうち、最外周に位置する円弧状階段部１２４と全く同様の円弧状階段部２２４で構成されている。そして、この偏向出射部２１４ａＢは、該偏向出射部２１４ａＢに到達した発光チップ１２からの光を、その円弧状階段部２２４の外側斜面部２２４ｂにおいて光軸Ａｘ寄りに偏向出射させるようになっている。

本実施形態の発光ダイオード２１０のような構成を採用することにより、その封止部材２１４の前面２１４ａにおける曲面部２１４ａＡから出射する光の輝度分布を、光軸Ａｘに関して全周いずれの方向にも、光軸Ａｘに沿った方向から光軸Ａｘに対して所定の開き角度をなす方向まで、徐々に輝度が増大する輝度分布とすることができる。そして、このように構成することにより、発光ダイオード２１０の前方に大きなサイズのレンズが配置されるような場合においても、このレンズをその周辺部まで明るく光って見えるようにすることができる。

また、本実施形態の発光ダイオード２１０のような構成を採用することにより、発光チップ１２からの光の利用効率を高めることができる。

次に、本願発明の第４実施形態について説明する。

図１７は、本実施形態に係る発光ダイオード３１０を示す、図３と同様の図である。

同図に示すように、この発光ダイオード３１０は、その基本的構成は、上記第１実施形態に係る発光ダイオード１０と同様であるが、封止部材３１４の構成が上記第１実施形態の場合と異なっている。

すなわち、この封止部材３１４は、発光チップ１２を封止する封止部材本体３１４Ａと、この封止部材本体３１４Ａに対して前方側から装着されたカバー部材３１４Ｂとからなっている。

封止部材本体３１４Ａは、その前面３１４Ａａが、光軸Ａｘと直交する鉛直面に沿って形成されており、その中央部には前方へ突出するドーム部３１４Ａａ１が形成されている。その際、ドーム部３１４Ａａ１は、発光チップ１２の発光中心Ｏを中心とする球面で構成されている。

カバー部材３１４Ｂは、その前面３１４Ｂａが、上記第１実施形態の封止部材１４における前面１４ａと全く同様の形状に設定されており、一方、その後面３１４Ｂｂは、光軸Ａｘと直交する鉛直面に沿った平面で構成されており、その中央部にはドーム状凹部３１４Ｂｂ１が形成されている。その際、ドーム状凹部３１４Ｂｂ１は、発光チップ１２の発光中心Ｏを中心とする球面で構成されており、その半径は、封止部材本体３１４Ａのドーム部３１４Ａａ１の半径よりもやや大きい値に設定されている。

また、このカバー部材３１４Ｂには、その周囲四辺の各々に、後方へ向けて延びる弾性脚部３１４Ｂｃが形成されている。そして、このカバー部材３１４Ｂを封止部材本体３１４Ａに対して前方側から押し当てたとき、これら各弾性脚部３１４Ｂｃの先端部が封止部材本体３１４Ａの外周面に当接して該弾性脚部３１４Ｂｃが撓み変形した後、カバー部材３１４Ｂの後面３１４Ｂｂが封止部材本体３１４Ａの前面３１４Ａａに当接し、このとき各弾性脚部３１４Ｂｃの先端部において封止部材本体３１４Ａの後面と係合するようになっている。

本実施形態の発光ダイオード３１０のような構成を採用することにより、封止部材本体３１４Ａは標準品として設定した上で、カバー部材３１４Ｂの形状を適宜変更することにより、封止部材３１４の配光特性を変化させることができる。例えば、本実施形態のカバー部材３１４Ｂのように、その前面３１４Ｂａが、上記第１実施形態の封止部材１４における前面１４ａと同様の形状に設定されたものの他に、上記第２実施形態の封止部材１１４における前面１１４ａと同様の形状に設定されたもの、あるいは上記第３実施形態の封止部材２１４における前面２１４ａと同様の形状に設定されたものを用意しておき、その用途によって適宜使い分けるようにすることが可能である。

また、本実施形態の封止部材３１４は、その封止部材本体３１４Ａに対するカバー部材３１４Ｂの装着が係合連結で行われるように構成されているので、その組付けを容易に行うことができる。

なお、上記各実施形態においては、発光素子１２の発光チップ２２が、０．３〜１ｍｍ四方程度の大きさの正方形に形成されているものとして説明したが、これ以外の大きさや外形形状（例えば横長の矩形形状等）に形成されたものを用いることも可能である。

１０、１１０、２１０、３１０ 発光ダイオード
１２ 発光チップ
１４、１１４、２１４、３１４ 封止部材
１４ａ、１１４ａ、２１４ａ、３１４Ａａ 前面
１４ａＡ、１１４ａＡ、２１４ａＡ 曲面部
１４ａＢ 平面部
１６ リードフレーム
１６ａ 凹部
１６ｂ 端子部
３０ 支持基板
３２ ランプボディ
３２ａ 前端開口部
３４ インナレンズ
３４ａ、３１４Ｂｂ 後面
３４ｂ、３１４Ｂａ 前面
３４ｃ、３４ｄ タブ
３４ｓ プリズム状レンズ素子
３６ アウタレンズ
３６ｓ 拡散レンズ素子
５０ 車両用灯具
１１４ａＢ、２１４ａＢ 偏向出射部
１２４、２２４ 円弧状階段部
１２４Ａ 内側斜面部
１２４Ｂ、２２４ｂ 外側斜面部
３１４Ａ 封止部材本体
３１４Ａａ１ ドーム部
３１４Ｂ カバー部材
３１４Ｂｂ１ ドーム状凹部
３１４Ｂｃ 弾性脚部
Ａｘ 光軸
Ｃ１ 凹曲線
Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５ 凸曲線
Ｏ 発光中心

Claims (8)

1. 所定の光軸上に配置された発光チップと、この発光チップを上記光軸方向前方側から封止する透明の封止部材と、を備えてなる発光ダイオードにおいて、
   上記封止部材の前面に曲面部が形成されており、
   この曲面部の、上記光軸を含む第１の平面に沿った断面形状が、上記光軸近傍に凹曲線が配置されるとともに該凹曲線の両側に凸曲線が配置されてなる波形曲線で構成されており、該曲面部から出射する光の輝度分布が、上記第１の平面内において、上記光軸に沿った方向から該光軸に対して所定の開き角度をなす方向まで徐々に輝度が増大する輝度分布となり、
   上記光軸を含み上記第１の平面と直交する第２の平面に沿った上記曲面部の断面形状が、上記光軸近傍に凹曲線が配置されるとともに該凹曲線の両側に凸曲線が配置されてなる波形曲線で構成されている、ことを特徴とする発光ダイオード。
2. 上記曲面部が、上記第１の平面内において上記光軸に対して上記所定の開き角度をなす直線よりも大きい角度で出射する上記発光チップからの光を、上記直線寄りに偏向させる領域を有している、ことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード。
3. 上記第１の平面内において、上記凹曲線が上記発光チップの発光中心を基準とする中心角で１５〜２５°の角度範囲にわたって形成されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオード。
4. 上記第１の平面内において、上記各凸曲線が上記発光チップの発光中心を基準とする中心角で６０〜７０°の角度範囲に形成されている、ことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の発光ダイオード。
5. 上記所定の開き角度が、６５〜７５°の値に設定されている、ことを特徴とする請求項２〜４いずれか記載の発光ダイオード。
6. 上記封止部材の前面における上記曲面部の外周側に、上記発光チップから該前面に到達した上記光軸に対して離れる方向へ向かう光を上記光軸寄りに偏向出射させる偏向出射部が形成されている、ことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の発光ダイオード。
7. 上記封止部材が、上記発光チップを封止する封止部材本体と、この封止部材本体に対して上記光軸方向前方側から装着されたカバー部材とからなる、ことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の発光ダイオード。
8. 上記曲面部が、上記波形曲線を上記光軸回りに回転させることにより形成される回転面で構成されている、ことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の発光ダイオード。

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